《混凝土结构设计》课程设计 - - - 整体式单向板肋梁楼盖

湖南农业大学东方科技学院

课程设计说明书

课程名称： 《混凝土结构设计》课程设计 题目名称： 现浇单向板肋梁楼盖结构设计 班 级：2009级 土木工程 专业4班

姓 名：

学 号：

指导教师： 评定成绩： 教师评语：

指导老师签名： 2011年 月 日

湖南农业大学土木工程专业 设计人：愚者

现浇整体式单向板肋梁楼盖课程设计任务书

1、设计资料

（1）某工业用仓库，设计使用年限为50年，楼面使用活荷载为9kN/m2。 （2）楼面面层为水磨石（底层20mm厚水泥砂浆，10mm厚面层），自重为

??0.65kN/m2，梁板天花用混合砂浆抹灰15mm。

（3）材料选用

a.混凝土强度等级采用C20、C25或C30。

b.钢筋采用受力纵筋HRB335或HRB400；其他钢筋均用HPB235。 （4）板伸入墙内120mm，次梁伸入墙内240mm，主梁伸入墙内370mm。 （5）二楼楼面结构平面布置图如图所示（楼梯间在此平面外）。

（6）楼板厚度为80mm，次梁截面为b?h?200mm，主梁截面?500mm，柱的截面尺寸b?h?350mm?350mm（或400mm?400mm或b?h?250mm?700mm自定）。

2、设计内容和要求

（1）板和次梁按考虑塑性内力重分布方法计算内力；主梁按弹性理论计算内力，并绘出弯矩包络图。 （2）绘制楼盖结构施工图

1．楼面结构平面布置图（标注墙、柱定位轴线编号和梁、柱定位尺寸及构件编号）．（比例1：100～1：200）；

2．板模板图及配筋平面图（标注板厚、板中钢筋的直径、间距、编号及其定位尺寸）（比例1：100～1：200）；

3．次梁模板及配筋图（标注次梁截面尺寸及几何尺寸、钢筋的直径、根数、编号及其定位尺寸）（比例1：50，剖面图比例1：15～1：30）；

4、梁材料图、模板图及配筋图（按同一比例绘出主梁的弯矩包络图、抵抗弯矩图、模板图及配筋图），（标注主梁截面尺寸及几何尺寸、钢筋的直径、根数、编号及其定位尺寸）；（比例1：50，剖面图比例1：15～1：30）；

5．在图中标明有关设计说明，如混凝上强度等级、钢筋的种类、混凝土保护层厚度等。 （3）计算书

要求计算准确，步骤完整，内容清晰。

（4）主梁配筋图必须手工绘制，板、次梁配筋图不作规定。 （5）第11周星期五之前提交设计成果。

3、课程设计目的

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（1）了解单向板肋梁楼盖的荷载传递关系及其计算简图的确定； （2）通过板及次梁的计算，熟练掌握考虑塑性内力重分布的计算方法； （3）通过主梁的计算，熟练掌握按弹性理论分析内力的方法，并熟悉内力包络图和材料图的绘制方法；

（4）了解并熟悉现浇梁板的有关构造要求；

（5）掌握钢筋混凝土结构施工图的表达方式和制图规定，进一步提高制图的基本技能；

4、设计参考进度 第一天：布置设计任务，阅读设计任务书、指导书及设计例题，复习有关课程内容。确定梁格布置、板计算及绘制板的配筋草图； 第二天：次梁的计算及绘制配筋草图； 第三天：主梁的计算及绘制配筋草图； 第四至五天：绘制板、次梁和主梁的施工图。 图1 结构平面布置图 第 3 页 共 20 页

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现浇整体式钢筋混凝土单向板肋梁楼盖

设计资料：

某设计使用年限为50年工业用仓库，采用整体式钢筋混凝土结构，楼盖梁格图1所示。

图1 结构平面布置图

(1) 楼面构造层做法：20mm厚水泥砂浆打底，10mm厚水磨石面层，γ=0.65 KN/m2

15mm厚混合砂浆梁板天花抹灰。 (2) 活荷载：标准值为9KN/m2。

(3) 恒载分项系数为1.2；活载分项系数为1.3（因工业厂房楼盖活载标准值大于4 KN/m2）。 (4) 材料选用：

混凝土 采用C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）。 钢 筋 梁中受力纵筋才采用HRB335级（fy=300N/mm2）；

其余采用HPB235级（fy=210N/mm2）。

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一、 板和次梁按塑性计算

1. 板的计算（按考虑塑性内力重分布方法计算）

板的l2/l1=5400mm/2000mm=2.7<3，按沿短边方向受力的单向板计算，应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。

板的厚度按构造要求取h=80mm﹥L1/40=2000mm/40=50mm。次梁截面高度取h=500mm﹥L2/15=5400mm/15=360mm，截面宽度b=200mm，板尺寸支撑情况如图2所示。

图2板的尺寸

(1) 荷载 恒载标准值

30mm面层 0.65KN/m2 80mm钢筋混凝土板 0.08m×25KN/m3=2.000KN/m2 15mm混合砂浆天棚抹灰 0.015m×17KN/m3=0.255KN/m2 gk=2.905KN/m2 线恒载设计值 g=1.2×2.905KN/m2=3.486KN/m 线活载设计值 q=1.3×9KN/m2=11.7KN/m 合 计 15.186KN/m 即每米板宽 g+q=15.186KN/m (2) 内力计算

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计算跨度 边跨 Ln+h/2=2m-0.12m-0.2m/2+0.08/2=1.820m Ln+a/2=2m-0.12m-0.2m/2+0.12/2=1.840m﹥1.820m 取L0=1.820m 中间跨 L0=2m-0.2m=1.800m

计算跨度差（1.820m-1.800m）/1.800m=1.11%﹤10%,说明可按等跨连续计算内力（为简化起见，统一取L0=1.820m）。取1m宽板作为计算单元，计算简图如图3所示：

图3 1m宽板的计算简图

连续板各截面弯矩计算见表1。

表1 连续板各截面弯矩计算

截面 弯矩计算系数αm M=αm(g+q)L02 /(KN·m) （3）截面承载力计算

b=1000mm，h=80mm,h0=80mm-20mm=60mm, α1=1.0,连续板各截面配筋计算见表2。

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边跨跨内 离端第二 支座 -1/11 离端第二跨跨内、中间跨跨内 1/16 中间支座 1/11 -1/14 4.572 -4.572 3.144 -3.593 湖南农业大学土木工程专业 设计人：愚者

表2 连续板各截面配筋计算

边区板带（①—②，⑤—⑥轴线间） 板带部位截面 边跨跨内 4.572 0.089 0.093 离端第二支座 -4.572 0.089 0.093 离端第二跨跨内、中间跨跨内 3.144 0.061 0.063 中间支座 -3.593 0.070 0.072 M/( KN·m) αs=M/α1fcbh02 ζ As= ζα1bh0fc/fy /(mm2) 选配钢筋 实配钢筋面积/(mm) 2380 380 260 295 φ10@200 393 φ10@200 393 φ8/10@200 322 φ8/10@200 322 中间区板带（②—⑤轴线间） 板带部位截面 边跨跨内 离端第二支座 离端第二跨跨内、中间跨跨内 3.144×0.8=2.515 中间支座 -3.593×0.8=-2.874 0.056 0.058 M/( KN·m) 4.572 -4.572 αs=M/α1fcbh02 ζ As= ζα1bh0fc/fy /(mm2) 选配钢筋 实配钢筋面积/(mm) 20.089 0.093 0.089 0.093 0.051 0.052 380 380 213 237 φ10@200 393 φ10@200 393 φ8@200 251 φ8@200 251 第 7 页 共 20 页

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中间区板带②—⑤轴线间，各区格板的四周与梁整体连接，故各跨跨内和中间支座考虑板的内拱作用，计算弯矩降低20%。 连续板的配筋示意图如图4所示。

（a）边区板带

（b）中间区板带 图4 板的配筋示意图

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次梁计算（按考虑塑性内力重分布方法计算）

取主梁的梁高h=700mm﹥L1/12=6000mm/12=500mm,梁宽b=250mm,次梁有关尺寸及支撑情况图5所示。

图5 次梁尺寸

（1） 荷载 恒载设计值

由板传来 3.468KN/m2×2m=6.9KN/m

次梁自重 1.2×25KN/m3×0.2m×(0.5m-0.08m)=2.520KN/m 梁侧抹灰 1.2×17KN/m3×0.015m×(0.5m-0.08m)×2=0.257KN/m g=9.677KN/m 活载设计值

由板传来 q=11.7KN/m2×2m=23.4KN/m 合 计 g+q=33.077KN/m (2)内力计算 计算跨度

边跨 Ln=5.4m-0.12m-0.25m/2=5.155m Ln+a/2=5.155m+0.24m/2=5.275m 1.025 Ln=1.025×5.155m=5.284m﹥5.275m 取L0=5.275m

中间跨 L0= Ln=5.4m-0.25m=5.150m

跨度差（5.275m-5.150m）/5.150m=2.4%﹤10%,说明可按等跨连续梁计算内力，计算简图如图6所示。

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图6 次梁的计算简图

连续次梁各截面弯矩及剪力计算见表3和表4。

表3 连续次梁弯矩计算

截面 弯矩计算系数αm M=αm(g+q)L02 /(KN·m) 边跨跨内 1/11 83.671 离端第二支座 -1/11 -83.671

表4 连续次梁剪力计算

截面 剪力计算系数αv V=αv(g+q)Ln /(KN) 端支座内侧 离端第二支座外侧 0.6 离端第二支座内侧 0.55 中间支座外侧、内侧 0.55 离端第二跨跨内、中间跨跨内 1/16 54.380 中间支座 -1/14 -62.663 0.45 76.730 102.307 93.690 93.690 （3）截面承载力计算

次梁跨内截面按T形截面计算，翼缘计算宽度为：

边跨: bf`=L0/3=5275mm/3=1758mm﹤b+S0=200mm+1800mm=2000mm 离端第二跨、中间跨: bf`= L0/3=5150mm/3=1717mm 梁高 h=500mm,h0=500mm-35mm=465mm 翼缘厚 hf`=80mm 判别T形截面类型：

跨内截面ζ=0.010﹤hf`/h0=60mm/465mm=0.172,故各跨内截面均属于第一类T形

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截面。

支座截面按矩形截面计算，第一内支座按布置两排纵筋考虑，取h0=450mm-60mm=440mm，其他中间支座按布置一排纵筋考虑，h0=465mm，连续次梁正截面及斜截面承载力计算分别见表5和表6。

表5 连续次梁正截面承载力计算

离端第二支座 -83.671 离端第二跨跨内、中间跨跨内 54.380 -62.663 中间支座 截面 边跨跨内 M/( KN·m) 83.671 ?s?M ?1fcbh020.014 0.151 0.010 0.101 (b=bf`) ??1?1?2?s As=ζ α1bh0fc/fy(b=bf`) /(mm2) 2选配钢筋 0.014 0.165 0.010 0.107 621 692 381 475 16+ 18 1318+ 314 761 459 14 2114+ 16 509 1实配钢筋面积/(mm2) 657

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表6 连续次梁斜截面承载力计算

端支座内侧 76.730 332.475﹥V 93.093>V 2φ8 101 按构造 200 离端第二支座外侧 102.307 314.600﹥V 88.088V 2φ8 101 按构造 200 截面 V(kN) 0.25?cfcbh0/(kN) Vc?0.7ftbh0/(kN) 选用箍筋 Asv?nAsv1/(mm2) s?1.25fyvAsvh0/(V?Vc)/(mm) 实配箍筋间距S/(mm)

次梁配筋示意图见图7。

图7 次梁配筋示意图

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三、主梁计算（按弹性理论计算）

柱高H=4.5m，柱截面尺寸300mm×300mm,主梁的有关尺寸及支撑情况见图8。

图8 主梁尺寸

（1） 荷载 恒载设计值

由次梁传来 9.677KN/m×5.4m=52.256KN

主梁自重（折合为集中荷载） 1.2×25KN/m3×0.25m×(0.7m-0.08m) ×2m=9.3KN

梁侧抹灰(折合为集中荷载) 1.2×17KN/m3×0.015m×(0.7m-0.08m) ×2m×

2=0.760KN

G=62.316KN

活载设计值

由次梁传来 Q=23.4KN/m×5.4m=126.36KN 合 计 G+Q=188.676KN （2）内力计算

边跨 Ln=5.4m-0.12m-0.3m/2=5.730m

L0=1.025Ln+b/2=1.025×5.730m+0.3m/2=6.020m ﹤Ln+a/2+b/2=5.730m+0.37m/2+0.3m/2=6.070m

中间跨 Ln=5.4m-0.4m=5.700m L0= Ln+b=5.7m+0.3m=6.000m

跨度差（6.020m-6.000m）/6.000m=0.33%﹤10%,可按等跨连续梁计算。

由于主梁线刚度较柱的线刚度大得多，故主梁可视为铰支柱顶上的连续梁，计算简图见图9。

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图9 主梁的计算简图

在各种不同分布的荷载作用下的内力计算可采用等跨连续梁的内力系数进行，跨内和支座截面最大弯矩及剪力按下式计算，则

M=KGL0+KQL0 V=KG+KQ

式中系数K值由附录7查得，具体计算结果以及最不利荷载组合见表7和表8，即可得主梁的弯矩包络图及剪力包络图，如图10所示。

图10 主梁弯矩包络图及剪力包络图

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表7 主梁弯矩计算

边跨跨内 序号 计算简图 K M1 /( KN·m) 91.535 K 中间支座 MB（MC） /( KN·m) -99.997 中间跨跨内 K M2 /(KN·m) 25.051 ① ② ③ ④ 0.244 -0.267 0.067 0.289 219.839 -0.133 -101.003 -101.003 -33.667 -0.133 -0.311 (-0.089) -0.178 (0.044) -101.003 -236.180 (-67.588) -135.177 (33.414) -201 -201 0.200 151.632 0.229 0.274 ①+② ①+③ ①+④ ①+⑤

112.168 0.170 128.872 ⑤ 最不利荷载组合 134.209 -- -- -75.952 176.683 153.923 -- 311.374 57.868 203.703 225.744 -336.177(-167.585) -235.174(-66.583) 表8 主梁剪力计算 端支座内侧 序号 计算简图 K 0.733 ② (-0.733) 0.866 (-0.866) VA/ VD /(KN) 45.678 (-45.678) 109.428 (-109.428) 中间支座（左） K -1.267 (-1.000) -1.134 (0) VB左（VC左） /(KN) -78.954 (-62.316) -143.292 (0) ① 第 15 页 共 20 页

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③ ④ ⑤ 最不利荷载组合 ①+⑤ 序号 计算简图 ①+② ①+③ ①+④ -0.133 (0.133) 0.689 (0.089) 0.822 (-0.044) -16.806 (16.806) 87.062 (11.246) 103.867 (-5.560) -0.133 (-1.000) -1.311 (-0.778) -1.178 (0.222) -16.806 (-126.36) -165.658 (-99.572) -148.852 (28.052) 155.106(-155.106) 92.622(-28.872) 132.74(-34.432) 149.545(-51.238) -222.246(-62.316) -95.760(-188.676) -244.612(-161.888) -227.806(-34.264) 中间支座（右） K 1.000 ② ③ ④ ⑤ 最不利荷载组合 ①+⑤ 90.368(73.394) ①+② ①+③ ①+④ (1.267) 0 (1.134) 1.000 (0.133) 1.222 (0.089) 0.222 (-0.044) 62.316(222.246) 188.676(95.76) 216.728(90.2) VB右（VC右）/(KN) 62.316 (78.954) 0 (143.292) 126.36 (16.806) 154.412 (11.246) 28.052 (-5.560) ① 第 16 页 共 20 页

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（3）截面承载力计算

主梁跨内截面按T形截面计算，其翼缘计算宽度为：

bf`=L0/3=6000mm/3=2000mm﹤b+S0=5400mm,并取h0=700mm-35mm=665mm

判断T形截面类型：跨内截面ζ=0.053﹤hf`/h0=80mm/665mm=0.120,故各跨内截面均属于第一类T形截面。

跨内截面在负弯矩作用下按矩形截面计算，取h0=700mm-60mm=640mm。支座截面按矩形截面计算，取h0=700m-80mm=620mm（因支座弯矩较大考虑布置两排纵筋，并布置在次梁主筋下面）。

主梁正截面及斜截面承载力计算表见表1-15和表1-16。

表9 主梁正截面承载力计算

截面 M/( KN·m) V0·b/2 /( KN·m) （M- V0·b/2） /( KN·m) 边跨跨内 311.374 中间支座 -366.177 28.301 中间跨跨内 176.683 -75.952 337.876 ?s?M ?1fcbh020.0246 0.231 0.0140 0.0519 (b=bf`) ζ As=ζ α1bh0fc/fy(b=bf`) /(mm2) 2选配钢筋 2实配钢筋/(mm)

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20.025 0.267 0.014 0.053 1585 1973 888 405 20+ 25 4218+ 25 2216+ 218 910 628 20 1610 2000 湖南农业大学土木工程专业 设计人：愚者

表10 主梁斜截面承载力计算

截面 V(kN) 0.25?cfcbh0/(kN) Vc?0.7ftbh0/(kN) 端支座内侧 155.106 594.323>V 166.416>V 2φ8 101 构造 200

离端第二支座外侧 244.612 554.125>V 155.155V 155.155

由次梁传至主梁的全部集中力为：

G+Q=52.256KN+126.36KN=178.616KN

则 As=（G+Q）/(2fysinα) =178.616×10^3N/(2×300N/mm2×0.707)=421m2 选2φ18（As=509 m2）。 主梁的配筋示意图如图11所示。

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图11 主梁配筋示意图

四、施工图

图12 板的配筋图

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